纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态坯制备及成形研究

作     者：王利斌 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜巨福

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：纳米碳化硅 7075铝合金 超声震荡 半固态浆料 流变挤压成形 

摘      要：为了适应国家节能、减排、增效的总体方针，装备的轻量化越来越凸显其重要性。其中结构件的轻量化是装备轻量化的重要支撑技术，主要是以铝合金、镁合金及其复合材料替代钢材，将其推向一个新的服役水平。纳米颗粒增强铝基复合材料由于其具有较高的强度和弹性模量以及较好的耐磨性等特征，已经成为结构件的首选材料之一。但是纳米颗粒增强铝基复合材料的制备和成形还存在一定的技术困难。例如纳米颗粒的均匀分散、制备工艺参数的合理匹配以及成形过程的优化控制等都存在一定技术困难。本文针对纳米颗粒增强铝基复合材料制备和成形的技术难题，提出超声辅助半固态搅拌制备方法，并以典型深桶形件为研究对象，对其半固态流变挤压成形展进行了研究。通过对微观组织形貌的观察和宏观力学性能的分析，得出不同工艺参数对半固态浆料和桶形件的影响规律。为纳米颗粒增强铝基复合材料的制备和成形提供了技术支持。 综合考虑半固态搅拌时间，搅拌温度，碳化硅体积分数、超声震荡时间和施加压力五个因素设定实验方案。根据桶形件的尺寸形状，设计相应的流变挤压成形模具。研究了超生辅助半固态搅拌过程参数对制备半固态坯料质量的影响规律。研究发现，半固态搅拌时间，搅拌温度，碳化硅体积分数和超声震荡时间对制备半固态浆料有重要影响，从而影响到成形桶形件的质量。流变成形时的挤压力对成形桶形件也有重要的影响。通过多组试验比较发现较佳的工艺参数为半固态搅拌时间25min，搅拌温度为620℃，碳化硅体积分数为1%，超声震荡时间为10min时为宜。 通过室温拉伸试验分析研究了半固态流变挤压成形桶形件的力学性能。挤压态的7075铝合金棒材的抗拉强度为31030MPa，延伸率为10%。按照上述较佳参数成形的桶形件的抗拉强度为310MPa，延伸率为8%，接近挤压态锻铝强度。将该桶形件经过T6热处理后，其强度可达460MPa，延伸率15%，超过未热处理锻态7075铝合金棒材。工艺参数匹配不合理时会导致微观组织中存在大量的树枝晶，以及夹杂，气孔和裂纹等缺陷，恶化了性能。在优化的工艺参数下能够获得晶粒尺寸细小均匀，组织致密，缺陷较少的微观组织。其拉伸断口中观察到大量的韧窝和撕裂能。研究结果表明，在2000kN通用液压机上能够流变挤压成形出具有高性能的纳米碳化硅增强7075铝基复合材料桶形件。